Статья

Наименование	О перемежаемости пульсаций скорости при электровихревых течениях расплава
Авторы	Кухарев А. Л., д. т. н., доц.
Раздел	Металлургия
Год	2026	Выпуск	85	Страницы	35 - 44
УДК	669.187.2			EDN	UQESRM
Аннотация	Рассмотрена задача анализа перемежаемости пульсаций скорости при электровихревых течениях расплава в полусферической ванне установки с осесимметричными электродами. Использованы различные методы обработки результатов нестационарного моделирования: дискретное вейвлет-преобразование временных рядов, статистические методы анализа приращений скорости, алгоритм разделения турбулентных и нетурбулентных событий в сигнале скорости. Рассчитаны коэффициенты перемежаемости в различных зонах ванны расплава. Показано, что наибольший уровень перемежаемости возникает в области соударения струи с нижней стенкой ванны.
Реферат	Цель. Анализ основных показателей перемежаемости пульсаций скорости в ванне расплава. Методика. Для исследования перемежаемости пульсаций скорости использованы различные методы обработки результатов нестационарного моделирования электровихревых течений расплава в полусферической ванне установки с осесимметричными электродами при токе в электродах 250 А. С использованием дискретного вейвлет-преобразования произведено девятиуровневое разложение временного ряда сигнала скорости на частотные составляющие. Статистический анализ вейвлет-коэффициентов включал расчет среднего значения, коэффициентов асимметрии и эксцесса. С использованием гипотезы Тейлора о замороженной турбулентности рассчитаны плотности распределения вероятности и структурные функции пространственных приращений скорости. Для расчета коэффициента перемежаемости использован алгоритм разделения турбулентных и нетурбулент-ных событий в сигнале скорости с применением функции детектора в виде квадрата второй производной по времени и метода «двойного наклона» для определения порогового значения данной функции. Обработка результатов и построение графиков проводились в пакете Matlab. Результаты. На основе анализа результатов дискретного вейвлет-преобразования показано, что эффекты перемежаемости обнаруживаются при частоте пульсаций вейвлет-коэффициентов выше 1 Гц, что также подтверждается значениями коэффициентов эксцесса больше 1. Показано, что наибольшее значение коэффициента перемежаемости (0,49) соответствует пульсациям скорости в области нижней стенки ванны. Для этой области форма графиков плотности распределения вероятностей приращений скорости вблизи тейлоровского и колмогоровского масштабов отличается от гауссовой обостренной вершиной и тяжелыми хвостами. Значения коэффициентов перемежаемости для других областей ванны не превышают 0,27, а форма графиков плотности распределения вероятностей приращений скорости на всех масштабах близка к гауссовой. Научная новизна. С использованием математического моделирования получили дальнейшее развитие представления о закономерностях турбулентных электровихревых течений и интенсивности перемежаемости в полусферической ванне расплава установки с осесимметричными электродами. Показано, что перемежающаяся турбулентность, возникающая при соударении струи, формирующейся электромагнитными силами вдоль оси ванны, с нижней ее стенкой, обнаруживается на частотах пульсаций вейвлет-коэффициентов, соответствующих инерционному интервалу и интервалу диссипации энергетического спектра. Практическая значимость. Разработанная методика анализа показателей перемежаемости может использоваться при исследовании турбулентных процессов в расплавах плавильных агрегатов и рудовосстановительных печей, а также агрегатов для внепечной обработки и разливки.
Ключевые слова	расплав, электровихревое течение, турбулентность, дискретное вейвлет-преобразование, перемежаемость.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. Развитие теории и технологии газодинамического рафинирования и гомогенизации жидкой стали в ковше / С. В. Куберский, Л. Е. Подлипенская, Р. В. Крестин, А. В. Шапка // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2025. № 10 (84). С. 45–54. EDN KIOXZG 2. Усовершенствование физической модели пульсационного перемешивания расплава в сталеразливочном ковше / С. В. Куберский, Р. В. Крестин, Р. Н. Саратовский, Я. Ю. Сервитовский // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2023. № 2 (76). С. 21–29. EDN KWLRVM 3. Кухарев А. Л. Моделирование процессов перемешивания при электровихревых течениях расплава // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2025. № 8 (82). С. 27–35. EDN JMUNFJ 4. Кухарев А. Л. Статистические характеристики пульсаций скорости при электровихревых течениях расплава // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2025. № 9 (83). С. 39–48. EDN IVGZDO 5. Кухарев А. Л. Частотные характеристики пульсаций скорости при электровихревых течениях расплава // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2025. № 10 (84). С. 55–62. EDN KIQYMQ 6. Ивочкин Ю. П. Исследование механизмов термогидродинамических и МГД процессов с жидкометаллическими рабочими телами: дис. … д-ра техн. наук. М.: [б. и.], 2015. 407 с. 7. Фрик П. Г. Турбулентность: подходы и модели. Москва — Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 292 с. EDN TJOAIJ 8. Le T. H., Nguyen, D. A. Orthogonal-based wavelet analysis of wind turbulence and correlation between turbulence and forces // Vietnam Journal of Mechanics. Vol. 29. Iss. 2. P. 73–82. 9. Иванов В. Э., Чье Е. У. Модульные вейвлет-фильтры: модели, алгоритмы и средства. Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2020. 175 с. EDN VGDKVL 10. Frisch U. Turbulence. Legacy of Kolmogorov. Cambridge: Cambridge University Press, 1995. 296 p. 11. Veerasamy D., Atkin C. A rational method for determining intermittency in the transitional boundary layer // Experiments in Fluids. 2020. Vol. 61. Art. 11. 12. Canepa E., Ubaldi M., Zunino P. Experiences in the application of intermittency detection techniques to hot-lm signals in transitional boundary layers // Proceeding of 16th symposium on measuring techniques in transonic and supersonic flow in cascades and turbomachines (Cambridge, 23–24 September 2002). Cambridge: Cambridge University Press, 2002. P. 2077–2085. 13. An open source package to perform basic and advanced statistical analysis of turbulence data and other complex systems / A. Fuchs [et al.] // Physics of fluids. 2022. Vol. 34. Iss. 10. Art. 101801. DOI: 10.1063/5.0107974 EDN JESHGY 14. Cornish C. R., Bretherton C. S., Percival D. B. Maximal overlap wavelet statistical analysis with application to atmospheric turbulence // Boundary-Layer Meteorology. 2006. Vol. 119. No. 2. P. 339–374. DOI: 10.1007/s10546-005-9011-y EDN QWQRZA 15. Шестаков А. В., Фрик П. Г. О статистических свойствах каскадных моделей турбулентности // Вестник Пермского университета. Физика. 2024. № 4. С. 38–44. DOI: 10.17072/1994-3598-2024-4-38-44 EDN AEPEQO 16. Kuan C., Wang T. Investigation of the intermittent behavior of transitional boundary layer using a conditional averaging technique // Experimental thermal fluid science. 1990. Vol. 3. No. 2. P. 157–173.
Полный текст